Xiangyi LI soutiendra sa thèse intitulée « Microscopies optiques linéaires et non linéaires à champ large utilisant un éclairage aléatoire et une focalisation temporelle » le Jeudi 22 janvier 2026 à 14h00 en salle Pierre Cotton de l’Institut Fresnel.
Composition du Jury :
– Marc GUILLON, SPPIN, Rapporteur
– Eirini PAPAGIAKOUMOU, Institut De La Vision, Rapporteur
– Hilton BARBOSA DE AGUIAR, Kastler Brossel Laboratory, Examinateur
– Hervé RIGNEAULT, Institut Fresnel, Examinateur
– Martin OHEIM, SPPIN, Président du Jury
– Anne SENTENAC, Institut Fresnel, Directrice de Thèse
Résumé : La microscopie optique à grand champ, dans laquelle l’échantillon entier est éclairé en une seule fois et l’image est enregistrée par une caméra, est largement utilisée pour observer des structures micrométriques et submicrométriques en raison de sa rapidité, de sa robustesse et de son impact minimal sur les échantillons. Cependant, elle souffre de deux limitations majeures : une résolution transversale limitée (au mieux, la moitié de la longueur d’onde) et, plus grave encore, l’absence de sectionnement optique. Comme l’échantillon est également éclairé en profondeur, la lumière provenant des plans défocalisés dégrade le contraste de l’image, rendant cette technique inefficace pour les échantillons épais. Cette thèse explore comment les éclairages par speckle aléatoire et la focalisation temporelle peuvent introduire le sectionnement optique dans la microscopie à grand champ, en particulier pour la microscopie à fluorescence à excitation à un et deux photons et pour l’imagerie non linéaire. Tout d’abord, ces travaux portent sur la microscopie à illumination aléatoire (RIM) pour la fluorescence à photon unique. La RIM est une méthode de microscopie à champ large qui utilise la variance de plusieurs images acquises sous différents motifs de speckle pour reconstruire numériquement une image à super-résolution, section-née optiquement. Alors que la RIM a été initialement développée pour l’imagerie 2D, cette thèse étend l’algorithme à la 3D, en introduisant une procédure de déconvo-lution itérative adaptée aux images comportant peu de plans optiques. L’approche 3D offre une meilleure résolution et un meilleur contraste que la reconstruction 2D tranche par tranche. Ensuite, l’étude aborde la microscopie à fluorescence à excitation à deux photons (2PM), qui repose généralement sur le balayage d’un faisceau fortement focalisé pour obtenir une résolution submicrométrique et un sectionnement optique. Cependant, la modalité de balayage s’avère lente lors de l’imagerie de grands champs de vision. Pour surmonter ce problème, nous avons étendu les principes de la RIM à la microscopie à deux photons à champ large (2PE-RIM). Nous démontrons théoriquement et expéri-mentalement une amélioration de la résolution et du sectionnement optique. Une deuxième approche a consisté à développer un nouveau schéma d’excitation pour la modalité de balayage. Nous avons montré qu’un faisceau concentré et moucheté est capable de former un volume d’excitation 2P avec une largeur transversale et une largeur axiale de quelques micromètres. Ce schéma d’illumination est susceptible de fournir des balayages plus rapides de grands champs de vision (au prix d’une résolution réduite). Dans le troisième chapitre, nous explorons également le potentiel de la focalisation temporelle (TF) pour générer des coupes optiques en microscopie à champ large non linéaire. Pour créer un faisceau focalisé temporellement, une impulsion est envoyée sur un réseau et les longueurs d’onde dispersées sont recombinées de manière à ce que leur interférence ne soit constructive qu’au niveau du plan focal. Alors que le TF à réseau standard nécessite un fort grossissement, sa combinaison avec un éclairage par speckle aléatoire (TF à réseau rugueux) permet un sectionnement optique au niveau micrométrique à faible grossissement, adapté aux grands champs de vision. Nous avons montré que la combinaison du TF à réseau rugueux avec le RIM améliorait à la fois les résolutions transversale et axiale de la 2PM à champ large. Enfin, nous avons étudié l’intérêt de l’illumination TF pour la microscopie par diffu-sion Raman anti-Stokes cohérente (CARS), une technique sans marquage permettant d’étudier des liaisons chimiques spécifiques. Nous avons démontré théoriquement et expérimentalement qu’en focalisant temporellement les faisceaux de pompage et Stokes, nous pouvions obtenir des images CARS à section optique dans une configura-tion à champ large.
Mots Clés : Microscopie non linéaire, Super résolution, Focalisation temporelle, Microscopie à deux photons, Coupe optique, Microscopie à diffusion Raman anti-Stokes cohérente
